Os microrreatores de fluxo contínuo têm sido usados como uma alternativa aos reatores batelada devido às suas características, como o controle sobre a mistura reacional, excelente transferência de calor e massa e redução do tempo de reação, resultando no aumento do rendimento, diminuição da geração de resíduos e segurança no trabalho. Este trabalho tem como objetivo a transposição da reação de síntese do (Z)-5-benzilideno-2,4-tiazolidinadiona do processo batelada para o microrreator de fluxo contínuo. Este produto é um intermediário farmacêutico utilizado para sintetizar fármacos da classe das glitazonas, utilizados especialmente no combate à diabetes mellitus tipo 2. Foram selecionados o metanol, etanol e n-propanol como solventes da reação, pois são considerados verdes pela indústria químico-farmacêutica. No processo batelada foram definidas as melhores condições operacionais nos três solventes, onde foi observado que o solvente que produziu o maior rendimento foi o etanol, cerca de 90% em 480 min de reação. A reação foi transposta para o microrreator, onde foi possível realizar a reação em temperaturas e pressões elevadas. Os resultados mostraram que o metanol e o etanol atingem os melhores resultados em termos de conversão do reagente e rendimento do produto. Na última etapa da transposição foi realizada uma estimativa de quantos microrreatores são necessários para se obter a mesma produção do processo batelada. Em metanol são necessários 0,6 microrreatores (tempo médio de residência 8 min e T = 140°C), enquanto em etanol (tempo médio de residência 16 min e T = 140°C) e n-propanol (tempo médio de residência 16 min e T = 140°C), 2 microrreatores. Os resultados finais deste trabalho indicaram que os dois processos possuem suas vantagens. Além disto, foi possível sugerir a continuação deste trabalho de pesquisa que terá como objetivo sintetizar um fármaco da classe das glitazonas. / Continuous flow microreactors have been used as an alternative over batch reactors due to its characteristics, such as control of the reaction mixture, excellent heat and mass transfer and reduction of reaction time, which results in increased yield, waste minimization and work safety. This work aims at transposing the synthesis of (Z)-5-benzylidene-2,4-thiazolidinedione from the batch process to continuous flow in microreactor. This product is a pharmaceutical intermediary used to synthesize drugs of the glitazones class, especially in the fight against type 2 of diabetes mellitus. Methanol, ethanol and n-propanol were selected as solvents since they are considered green by the chemical-pharmaceutical industry. In the batch process it was determined the most favorable operational conditions for the three solvents, where in ethanol the highest product yield was obtained, about 90% in 480 min of reaction. The reaction was transposed to the microreactor where it was possible to perform the reaction under high temperatures and pressures. The results showed in the microreactor methanol and ethanol were responsible for the best results in terms of reactant conversion and product yield. An estimate was made of how many microreactors it would be needed to obtain the same production of the batch process. It was determined that in methanol, 0.6 microreactors are required (residence time 8 min and T = 140°C), while in ethanol (residence time 16 min and T = 140°C) and n-propanol (residence time 16 min and T = 140°C), 2 microreactors are required. The experimental results of this research work indicated that both processes have their advantages. In addition, it was possible to suggest the continuation of this research work with the objective of synthesize an API of the glitazone class.

As características inovadoras dos microreatores permitem a produção de novos materiais. O presente trabalho analisa o comportamento do milirreator ASIA da Syrris para a polimerização de estireno em solução. Realizaram-se polimerizações á 100 °C e 115 °C, usando peróxido de benzoíla como iniciador e tolueno como solvente. Testaram-se diferentes razões monômero solvente e diferentes quantidades de iniciador, além de variar o tempo de residência entre 5 e 80 minutos. As variações dos parâmetros envolvidos nesse milirreator proporcionou conversões de 9% até quase 70%, com pesos moleculares numéricos entre 6,000 e 50,000 g/mol. Não houve entupimento no reator, permitindo a aplicação de condições mais agressivas e melhor controladas. Fez-se uma primeira tentativa de modelagem, usando o modelo do PFR e, em seguida, da dispersão axial. Usou-se o método dos momentos para computar as médias da distribuição do peso molecular. As simulações forneceram uma razoável previsão da conversão e do peso molecular médio para os experimentos mais diluídos, mas se distanciaram para os casos com maior concentração de monômero e com maior polidispersão, sendo isso provavelmente resultado do desvio do comportamento de fluxo em pistão. Portanto, o milirreator ASIA é capaz de controlar bem as reações de polimerização, (proporcionando baixos valores do índice de polidispersão), além de fornecer valores satisfatórios de conversão (tendo em conta do seu pequeno tamanho). O sucesso no controle das polimerizações pode certamente permitir o scale-up de um reator com tais características, de forma a empregá-lo para produtividades maiores de polímeros com boa qualidade. / The innovative characteristics of microreactors allow producing new materials. The present work analyses the behavior of the Syrris ASIA millireactor for the solution polymerization of styrene. The polymerizations were carried out at 100 °C and 115 °C, using benzoyl peroxide as initiator and toluene as solvent. Different monomer to solvent ratios and initiator quantities have been tested, besides varying the residence time from 5 to 80 minutes. The variations of the parameters involved in this millireactor gave conversions from 9% to almost 70%, with numerical molecular weights ranging from 6,000 to 50,000 g/mol. No plugging happened, opening the possibility of more aggressive and well controlled applications. A first attempt of modeling was made, using the PFR model and the dispersion model. The method of moments was adopted to compute the means of the molecular weight distribution. The simulations gave a good prediction of conversion and average molecular weight for the more diluted experiments, but partially deviated for higher monomer contents with larger polydispersities, meaning a larger discrepancy from plug flow for the millireactor. In general, the millireactor ASIA can be concluded to control polymerization reactions well (giving low polydispersity index values), besides giving satisfactory conversion values (considering its small size). Succeeding in controlling polymerizations can provide a reactor with characteristics of being scaled up and employed in greater productivities, ensuring good polymer qualities.

Os microrreatores de fluxo contínuo têm sido usados como uma alternativa aos reatores batelada devido às suas características, como o controle sobre a mistura reacional, excelente transferência de calor e massa e redução do tempo de reação, resultando no aumento do rendimento, diminuição da geração de resíduos e segurança no trabalho. Este trabalho tem como objetivo a transposição da reação de síntese do (Z)-5-benzilideno-2,4-tiazolidinadiona do processo batelada para o microrreator de fluxo contínuo. Este produto é um intermediário farmacêutico utilizado para sintetizar fármacos da classe das glitazonas, utilizados especialmente no combate à diabetes mellitus tipo 2. Foram selecionados o metanol, etanol e n-propanol como solventes da reação, pois são considerados verdes pela indústria químico-farmacêutica. No processo batelada foram definidas as melhores condições operacionais nos três solventes, onde foi observado que o solvente que produziu o maior rendimento foi o etanol, cerca de 90% em 480 min de reação. A reação foi transposta para o microrreator, onde foi possível realizar a reação em temperaturas e pressões elevadas. Os resultados mostraram que o metanol e o etanol atingem os melhores resultados em termos de conversão do reagente e rendimento do produto. Na última etapa da transposição foi realizada uma estimativa de quantos microrreatores são necessários para se obter a mesma produção do processo batelada. Em metanol são necessários 0,6 microrreatores (tempo médio de residência 8 min e T = 140°C), enquanto em etanol (tempo médio de residência 16 min e T = 140°C) e n-propanol (tempo médio de residência 16 min e T = 140°C), 2 microrreatores. Os resultados finais deste trabalho indicaram que os dois processos possuem suas vantagens. Além disto, foi possível sugerir a continuação deste trabalho de pesquisa que terá como objetivo sintetizar um fármaco da classe das glitazonas. / Continuous flow microreactors have been used as an alternative over batch reactors due to its characteristics, such as control of the reaction mixture, excellent heat and mass transfer and reduction of reaction time, which results in increased yield, waste minimization and work safety. This work aims at transposing the synthesis of (Z)-5-benzylidene-2,4-thiazolidinedione from the batch process to continuous flow in microreactor. This product is a pharmaceutical intermediary used to synthesize drugs of the glitazones class, especially in the fight against type 2 of diabetes mellitus. Methanol, ethanol and n-propanol were selected as solvents since they are considered green by the chemical-pharmaceutical industry. In the batch process it was determined the most favorable operational conditions for the three solvents, where in ethanol the highest product yield was obtained, about 90% in 480 min of reaction. The reaction was transposed to the microreactor where it was possible to perform the reaction under high temperatures and pressures. The results showed in the microreactor methanol and ethanol were responsible for the best results in terms of reactant conversion and product yield. An estimate was made of how many microreactors it would be needed to obtain the same production of the batch process. It was determined that in methanol, 0.6 microreactors are required (residence time 8 min and T = 140°C), while in ethanol (residence time 16 min and T = 140°C) and n-propanol (residence time 16 min and T = 140°C), 2 microreactors are required. The experimental results of this research work indicated that both processes have their advantages. In addition, it was possible to suggest the continuation of this research work with the objective of synthesize an API of the glitazone class.

As características inovadoras dos microreatores permitem a produção de novos materiais. O presente trabalho analisa o comportamento do milirreator ASIA da Syrris para a polimerização de estireno em solução. Realizaram-se polimerizações á 100 °C e 115 °C, usando peróxido de benzoíla como iniciador e tolueno como solvente. Testaram-se diferentes razões monômero solvente e diferentes quantidades de iniciador, além de variar o tempo de residência entre 5 e 80 minutos. As variações dos parâmetros envolvidos nesse milirreator proporcionou conversões de 9% até quase 70%, com pesos moleculares numéricos entre 6,000 e 50,000 g/mol. Não houve entupimento no reator, permitindo a aplicação de condições mais agressivas e melhor controladas. Fez-se uma primeira tentativa de modelagem, usando o modelo do PFR e, em seguida, da dispersão axial. Usou-se o método dos momentos para computar as médias da distribuição do peso molecular. As simulações forneceram uma razoável previsão da conversão e do peso molecular médio para os experimentos mais diluídos, mas se distanciaram para os casos com maior concentração de monômero e com maior polidispersão, sendo isso provavelmente resultado do desvio do comportamento de fluxo em pistão. Portanto, o milirreator ASIA é capaz de controlar bem as reações de polimerização, (proporcionando baixos valores do índice de polidispersão), além de fornecer valores satisfatórios de conversão (tendo em conta do seu pequeno tamanho). O sucesso no controle das polimerizações pode certamente permitir o scale-up de um reator com tais características, de forma a empregá-lo para produtividades maiores de polímeros com boa qualidade. / The innovative characteristics of microreactors allow producing new materials. The present work analyses the behavior of the Syrris ASIA millireactor for the solution polymerization of styrene. The polymerizations were carried out at 100 °C and 115 °C, using benzoyl peroxide as initiator and toluene as solvent. Different monomer to solvent ratios and initiator quantities have been tested, besides varying the residence time from 5 to 80 minutes. The variations of the parameters involved in this millireactor gave conversions from 9% to almost 70%, with numerical molecular weights ranging from 6,000 to 50,000 g/mol. No plugging happened, opening the possibility of more aggressive and well controlled applications. A first attempt of modeling was made, using the PFR model and the dispersion model. The method of moments was adopted to compute the means of the molecular weight distribution. The simulations gave a good prediction of conversion and average molecular weight for the more diluted experiments, but partially deviated for higher monomer contents with larger polydispersities, meaning a larger discrepancy from plug flow for the millireactor. In general, the millireactor ASIA can be concluded to control polymerization reactions well (giving low polydispersity index values), besides giving satisfactory conversion values (considering its small size). Succeeding in controlling polymerizations can provide a reactor with characteristics of being scaled up and employed in greater productivities, ensuring good polymer qualities.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-21T18:21:21Z No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 6161892 bytes, checksum: a58d0d5ce0d0b333fd8a3b50155105e4 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-22T12:39:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 6161892 bytes, checksum: a58d0d5ce0d0b333fd8a3b50155105e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T12:39:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcosrodriguesfacchinicerqueira.pdf: 6161892 bytes, checksum: a58d0d5ce0d0b333fd8a3b50155105e4 (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O foco deste trabalho foi o desenvolvimento e aplicação de microreatores enzimáticos, visando sua aplicação em sistemas de análise por injeção em fluxo. Em cima disso, dois substratos poliméricos foram utilizados para a avaliação de imobilização enzimática: um à base de poli (metil metacrilato) (PMMA) e outro em uma resina do éter diglicídico do bisfenol-A (BADGE). Uma impressora à laser de CO2 foi utilizada para confeccionar os dispositivos nas dimensões desejadas. Para o sucesso da imobilização, os sistemas foram previamente tratados com polietilenoimina (PEI) visando a introdução de grupamentos funcionais reativos na superfície dos materiais de partida. Num primeiro estudo, baseado na modificação de PMMA, a ativação do material foi conseguida após tratamento dos microcanais com PEI em meio de dimetilsulfóxido (DMSO). Já no segundo caso o tratamento com PEI envolveu a simples mistura mecânica dos materiais, objetivando a cura da resina empregada. Após a ativação dos materiais com PEI, as enzimas foram imobilizadas após passagem de uma mistura de glutaraldeído (um agente espaçador) e as enzimas. Dentre as enzimas estudadas estão a glicose oxidase (GOx), a ascorbato-oxidase (AAO), a catalase (CAT), a glutamato dehidrogenase (GDH), além de um sistema híbrido baseado na imobilização simultânea das enzimas glicose oxidase (GOx) e horseradish peroxidase (HPR). A caracterização dos sistemas desenvolvidos foi feita primordialmente por meio da espectroscopia Raman. Além disso, a aplicação de alguns dos sistemas frente a amostras reais e o cálculo de parâmetros cinéticos e operacionais dos microreatores confeccionados foram reralizados. Essas avaliações foram feitas baseadas em sistemas de detecção desenvolvidos no laboratório por técnicas eletroquímicas e por espectroscopia no visível. Como grande benefício dos sistemas desenvolvidos, podem ser destacados a velocidade e a simplicidade de implementação do processo de imobilização e operação. / The focus of this work is the development and application of enzymatic microreactors aiming their application through flow injection analysis systems. On top of that, two polymeric substrates were used for the evaluation of enzyme immobilization: one based on poly (methyl methacrylate) (PMMA) and another baed on a bisphenol-A diglycidyl ether resin (BADGE). A CO2 laser printer was used to fabricate the devices at the desired dimensions. For the success of the immobilization systems have been pretreated with polyethyleneimine (PEI) in order to introduce reactive functional groups on the surface of the starting materials. In a first study, based on PMMA modification, the activation of the material was achieved after treating microchannels with PEI in dimethylsulfoxide (DMSO). In the second case, treatment with PEI involved simply a mechanical mixture of the two materials, in order to cure the resin. After activation of materials with PEI, the enzymes were immobilized after passage of a mixture of glutaraldehyde (a spacer agent) and enzymes. Among the enzymes studied are glucose oxidase (GOx), ascorbate oxidase (AAO), catalase (CAT), dehydrogenase glutamate (GDH), and a hybrid system based on the simultaneous immobilization of the enzymes glucose oxidase (GOx) and horseradish peroxidase (HPR). The characterization of the developed systems was primarily done by Raman spectroscopy. Moreover, application of some of the proposed systems to real samples and calculation of kinetic and operational parameters are presented during the study. These evaluations were made with detection systems based on electrochemical and visible spectroscopy techniques, all developed at the laboratory. One great benefit of the developed systems, are the speed and simplicity of implementation the immobilization process and operation of the devices.